La démarche d’investigation au service des apprentissages (en école élémentaire)

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MÉMOIRE DE MASTER 2

Métiers de l’Enseignement, de l’Éducation et de la Formation

Mention Premier Degré – Parcours Professeur des écoles

La démarche d’investigation au service des apprentissages

(en école élémentaire)

Présenté et soutenu par

Frédéric COSTA, n° étudiant 38006718

Marine DE CHAPUISET LE MERLE, n° étudiant 38006518

Florence HOAREAU, n° étudiant 38000323

Année universitaire 2019-2020

Sous la direction de :

Sandrine MARVILLIERS, Administratrice provisoire de l'INSPÉ

Jury :

Sandrine MARVILLIERS, Administratrice provisoire de l'INSPÉ

Frédéric TUPIN, Professeur des Universités

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SOMMAIRE

1 DÉFINITION DES DOMAINES ÉTUDIÉS ... 4

1.1. L’origine de la démarche d’investigation ... 4

1.1.1. L’avènement par les sciences ... 4

1.1.2. Georges Charpak, fondateur de La main à la pâte ... 5

1.1.3. Le PRESTE... 6

1.2. Le cadre institutionnel ... 7

1.2.1. Le Socle Commun de Connaissances, de Compétences et Culture ... 7

1.2.2. Les programmes ministériels ... 8

1.3. La démarche d’investigation ... 8

1.4. Qu'est-ce qu’apprendre ? ... 13

1.4.1. Les théories de l’apprentissage ... 13

1.4.2. Le rôle de l’élève ... 15

1.4.3. Le rôle de l’enseignant ... 16

2 EXPÉRIMENTATION PÉDAGOGIQUE ... 19

2.1. Le contexte ... 19

2.1.1. Présentation des enseignants ... 19

2.1.1.1. Florence ... 19

2.1.1.2. Marine ... 20

2.1.1.3. Frédéric ... 20

2.1.2. Présentation des écoles et classes ... 21

2.1.2.1. Une classe de CM1 dans le chef-lieu ... 21

2.1.2.2. Une classe de CE1 en zone périurbaine ... 21

2.1.2.3. Une classe de CE2 en Réseau d'Éducation Prioritaire ... 22

2.1.3. Nos sujets d’études ... 22

2.1.3.1. CM1 de Florence ... 22

2.1.3.2. CE1 de Marine ... 24

2.1.3.3. CE2 de Frédéric ... 24

2.1.4. Notre constat ... 25

2.1.4.1. Entretiens exploratoires de collègues ... 25

2.1.4.2. Entretiens exploratoires des élèves ... 27

2.1.5 Rappel des hypothèses qui en ont découlées ... 28

2.2. Présentation des “expériences” ... 28

2.2.1. Séquences mises en place ... 28

2.2.1.1. Les sciences au CM1... 28

2.2.1.2. Les sciences au CE1 ... 33

2.2.1.3. Les sciences au CE2 ... 37

2.2.2. Critères d’évaluation... 41

2.3. Résultats ... 42

2.3.1. Restitution des résultats ... 42

2.3.1.1. Résultats du CM1 ... 42

2.3.1.2. Résultats du CE1 ... 46

2.3.1.3. Résultats au CE2 ... 51

2.3.2. Bilan : retours sur hypothèses ... 56

2.3.3. Analyse de notre pratique et prise de conscience ... 59

CONCLUSION ... 61

BIBLIOGRAPHIE ... 63

SITOGRAPHIE ... 63

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INTRODUCTION

Dans le cadre de notre deuxième année de master Métiers de l’Enseignement et de l'Éducation (MEEF), nous avons réalisé un mémoire professionnel en lien avec notre année de stage. Lors du choix de notre thématique, nous avons orienté nos recherches vers la démarche d'investigation. Nous nous sommes alors questionnés sur son efficacité : permet-elle une plus grande implication des élèves dans l’appropriation des savoirs ? Est-ce un levier de motivation ? Ou encore, en quoi permet-elle de mieux acquérir les nouveaux savoirs ? Par ailleurs, durant notre scolarité à l’école primaire, nous n’avons pas l’impression d’avoir vécu de situations expérimentales. Il semblerait que nous ayons surtout connu l’école sous le modèle transmissif.

Les programmes ministériels préconisant une mise en oeuvre de la démarche d'investigation, nous avons décidé de faire vivre à nos classes respectives plusieurs séquences pédagogiques en sciences, en variant les méthodes d’apprentissage pour ainsi les comparer. Nos lectures nous ont permis de dégager les démarches possibles dans l’enseignement des sciences. D’une part, la démarche d’investigation où l’élève cherche la solution. Elle regroupe la démarche technologique, et la démarche scientifique qui peut se faire sous plusieurs approches (expérimentation, modélisation, manipulation, observation et documentation). D’autre part, nous distinguons d’autres démarches où la solution est principalement fournie par le professeur, à savoir la démarche déductive, expositive et d’argumentation.

Nos entretiens exploratoires auprès de nos élèves montrent qu’ils se sentent plus motivés par des activités manuelles que l’on retrouve notamment lors des situations d’expérimentation. Nous allons voir également qu’il n’est pas question que de motivation ou d’implication, mais que la démarche d’investigation permet de casser les représentations initiales, souvent erronées, pour en construire de nouvelles.

Dans un premier temps, nous définirons les termes de notre problématique à savoir qu’est-ce que la « démarche d’investigation » et que signifie « apprendre », puis dans un second temps nous analyserons les effets d’une telle démarche du point de vue des apprentissages.

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1 DÉFINITION DES DOMAINES ÉTUDIÉS

1.1. L’origine de la démarche d’investigation

1.1.1. L’avènement par les sciences

La formation scientifique est une problématique récurrente dans l’histoire de l’enseignement en France. Impulsées par la Révolution Industrielle qui oblige à penser la formation des futurs ingénieurs, c’est en 1860 que les sciences font leur entrée à l’école primaire avec la création d’une bibliothèque dans chaque école. Le récit devient alors le mode privilégié d’accès aux connaissances scientifiques et technologiques.

A la fin du XIXème siècle, l’enseignement des sciences se théorise en un principe éducatif appelé “la leçon de choses”. Plus intuitive, la leçon de choses vise la compréhension de phénomènes abstraits par l’observation et la manipulation d’objets concrets. Malgré une légère amélioration quant à l’engagement de l’élève dans la tâche, ce dernier reste néanmoins spectateur dans l’acquisition des nouveaux savoirs.

Dès 1960, les nouvelles théories du développement de l’enfant montrent les limites d’une méthode d’apprentissage basée sur l’observation. Nous admettons alors, que “l’élève n’est pas

un vase vide qu’il faudrait remplir” (M. MONTAIGNE, XVIème siècle), mais bel et bien une

personne à part entière avec des connaissances déjà établies. C’est la naissance de la pédagogie de l’éveil qui consiste, non plus en la mémorisation d’informations comme le voulait son prédécesseur, mais en la construction du nouveau savoir par l’enfant lui-même via la reconsidération de ses représentations initiales.

Mal accueillie par l’opinion publique sous prétexte que les missions principales de l’école primaire sont d’apprendre à lire, écrire et compter, la démarche expérimentale est peu à peu écartée et les sciences servent de délassement en fin d’après-midi. En 1985, les nouveaux programmes ne font pas disparaître la démarche expérimentale de l’école pour autant, mais la ramènent à une place moins centrale. Les sciences deviennent ainsi des activités secondaires dans le parcours scolaire.

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1.1.2. Georges Charpak, fondateur de La main à la pâte

Membre de l’Académie des sciences, chargée depuis 1666 de veiller à la qualité de l’enseignement des sciences à l’école, G. CHARPAK joue un rôle probant dans l’enseignement scientifique en France (G. CHARPAK, 1995).

Il s’est avéré que jusqu’en 1995, l’enseignement des sciences est peu présent à l’école. En effet, des enquêtes de terrain révèlent que l’enseignement de cette discipline est dispensé dans très peu de classes. S’ajoute à cela le fait que moins de 10% de cet enseignement scientifique se base sur une démarche expérimentale.

Conscient de la désertion des enseignements scientifiques, G. CHARPAK s’est intéressé à la façon dont cet enseignement se déroule aux États-Unis, et plus précisément à Chicago. En se rendant sur place, il a pu lui-même découvrir le programme d'enseignement des sciences “Hands on” qui, fondé sur l’expérimentation, permet de lutter considérablement contre l’échec scolaire et la violence dans les quartiers difficiles et défavorisés.

Ainsi, dès son retour en France et fort de son expérience, G. CHARPAK initie en 1996 la démarche d’investigation au sein de l’enseignement des sciences à travers le projet La main à

la pâte. Sous son impulsion et avec l’aide de l’Académie des sciences, l’Éducation Nationale

développe le projet. Transformé en fondation en 2011, La main à la pâte vise tout d’abord à promouvoir l’enseignement scientifique en s’appuyant sur la démarche expérimentale qui favorise chez les enfants l’expérimentation, l'observation et l’investigation. De plus, la fondation apporte une aide précieuse aux instituteurs en leur offrant un soutien scientifique dans la mise en place d’une telle démarche.

En 1999, le projet touche près de 2% des écoles françaises. Les effets positifs de cette pédagogie novatrice sont évidents en ce qui concerne l’acquisition du savoir scientifique. D’autre part, de manière plus générale, ces effets s’étendent dans les domaines du comportement social et moral, de l’expression dans la langue française et de la formation de l’esprit critique de l’enfant.

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1.1.3. Le PRESTE

Dans la continuité de la rénovation de l’enseignement des sciences, le Ministère de l’Éducation Nationale en fait sa priorité. De ce fait, il met en place le Plan de Relance de l’Enseignement des Sciences et de la Technologie à l'École (PRESTE) pour la rentrée 2000.

Ce dispositif quinquennal vise en tout premier lieu l’enseignement effectif des sciences et de la technologie dans toutes les classes, qui doit s’inscrire dans le cadre horaire spécifié par l’arrêté du 22 février 1995, assorti aux programmes. Par ailleurs, les programmes ministériels effectifs pour la rentrée 2002 mettent en avant la place de l’enseignement des sciences à l’école. D’autre part, ce plan consiste à susciter la curiosité des élèves, de sorte qu’ils s’interrogent et construisent leurs apprentissages en étant acteurs des activités scientifiques proposées. Ils sont amenés à conduire des investigations réfléchies en mettant en oeuvre des démarches concrètes d’expérimentation.

Pour mener à bien ce plan de rénovation, plusieurs actions d’accompagnement ont été pensées. Au niveau national, une dotation spécifique est attribuée à chaque département au cours des trois années de mise en place du plan. Elle facilite l’accès des classes à un certain nombre d’équipements scientifiques. S’ajoute à cela la mise en place des outils d’accompagnement pour les maîtres, tels que diverses documentations pédagogiques et des supports réfléchis pour le bon déroulé des activités scientifiques en classe.

Du point de vue académique, des groupes de suivi sont formés afin de garantir la cohérence du dispositif et soutenir les projets. En règle générale, les actions sont axées sur la documentation, l’expertise du contenu pédagogique, la formation et la mobilisation de partenariats avec la communauté scientifique.

Enfin, il revient au niveau départemental de contribuer à la constitution du fond académique et de le répartir. Ainsi, ces ressources permettent d’affecter des maîtres ressources dans le but de former les enseignants et leurs élèves aux manipulations et aux investigations dans le domaine des sciences.

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1.2. Le cadre institutionnel

1.2.1. Le Socle Commun de Connaissances, de Compétences et Culture

Le socle commun de connaissances, de compétences et de culture (SCCCC) définit l'ensemble des compétences qu’un élève doit progressivement maîtriser pendant la scolarité obligatoire, autrement dit du cycle 2 au cycle 4. En effet, il constitue pour l’apprenant une base de culture commune qui s’articule autour des domaines suivants :

1. Les langages pour penser et communiquer ; 2. Les méthodes et outils pour apprendre ; 3. La formation de la personne et du citoyen ; 4. Les systèmes naturels et les systèmes techniques ; 5. Les représentations du monde et l'activité humaine.

Les programmes ministériels précisent, pour chaque cycle d’apprentissage, les contributions des enseignements au socle commun. C’est là que l’expérimentation en sciences fait sens. En effet, son enseignement est centré sur la démarche d’investigation. Pour preuve et, conformément aux réajustements de l’enseignement des sciences publié en 2018, voici quelques compétences scientifiques travaillées en lien avec le socle commun :

- Cycle 2. Pratiquer des démarches scientifiques : pratiquer, avec l’aide des professeurs quelques moments d’une démarche d’investigation (questionnement, observation, expérience, description, raisonnement, conclusion).

- Cycle 3. Pratiquer des démarches scientifiques et technologiques : proposer, avec l'aide du professeur, une démarche pour résoudre un problème ou répondre à une question de nature scientifique ou technologique (formuler une question ou une problématique scientifique ou technologique simple ; proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question ou un problème ; proposer des expériences simples pour tester une hypothèse ; interpréter un résultat, en tirer une conclusion).

Nul doute que la création du socle commun depuis 2006 assoit significativement le positionnement de l’enseignement des sciences à l’école et préconise des démarches d’investigation.

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1.2.2. Les programmes ministériels

L’organisation des programmes en sciences est pensée de façon progressive. Nous parlons de progression spiralaire, c’est-à-dire que les programmes prévoient qu’une même notion sera étudiée à des moments différents et à des niveaux de difficultés différents.

Au cours du cycle 1, les élèves sont amenés à explorer et découvrir le monde qui les entoure. Ils apprennent à distinguer le vivant et le non-vivant, manipulent et fabriquent pour se familiariser avec les objets. Au cycle suivant, ils explorent, observent, expérimentent et questionnement le monde ainsi que leur environnement proche de façon plus précise et par le bien d’une démarche scientifique. Tout au long du cycle 3, les notions déjà abordées au cours des cycles précédents, sont revisitées et complexifiées pour progresser vers plus de généralisation et d’abstraction. Le programme s'organise autour de thématiques qui soulèvent des questions majeures de la science et des enjeux sociétaux contemporains.

1.3. La démarche d’investigation

Il existe plusieurs démarches en sciences : la démarche d'investigation qui regroupe à la fois la démarche scientifique et technologique, la démarche déductive, la démarche expositive, la démarche d’argumentation, et puis la démarche des sciences humaines et sociales (voir schéma en annexe n°1).

Dans le cadre de notre mémoire, nous orienterons notre étude sur la démarche scientifique d’investigation. Depuis 2002, cette démarche prend place dans les textes officiels de l’éducation, selon le modèle DiPHTeRIC définit en sept étapes par J.-Y. CARIOU (2007), spécialiste didactique en sciences. Vous trouverez ci-dessous son cheminement scientifique :

Di P H Te R I C

Données

initiales Problèmes Hypothèses Tests Résultats Interprétation Conclusions

Il s’agit d’une démarche hypothético-déductive où les élèves émettent des hypothèses à partir d’une problématique qu’ils tentent de vérifier. Notons que J.-P. ASTOLFI oppose le terme

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“démarche” qui, pour lui, signifie un cheminement par étapes avec des allers-retours, à celui de “méthode”, qui relève essentiellement de l’applicationisme.

Selon W. HARLEN (2012), la démarche d’investigation en sciences permet d’amener à une motivation intrinsèque chez l’élève car il cherche par et pour lui-même et non pour répondre en vue d’une récompense. Cela participe à construire des citoyens éclairés et critiques grâce au développement de compétences spécifiques ciblées par la démarche qui sont les suivantes :

- Observer et mesurer ;

- Soulever des questions en distinguant celles auxquelles on peut envisager de répondre et celles qui restent inaccessibles ;

- Formuler des hypothèses et des explications possibles ; - Avancer des prédictions sur les suites de ces hypothèses ;

- Concevoir et exécuter des recherches et des expériences impartiales ;

- Interpréter les informations recueillies, rechercher des structures, établir des inférences et en tirer des conclusions ;

- Communiquer ses résultats et les défendre dans des débats.

De plus, voici les conditions qui permettent de provoquer une motivation intrinsèque : - Rencontre d’un défi ;

- Laisser un certain choix quant à la question à explorer et à la façon de s’y prendre ; - Soutien constructif pour aider les élèves à résoudre les problèmes avec autoévaluation

des élèves ;

- Coopération avec collaboration authentique, responsabilité collective et rôle à jouer pour chaque élève ;

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Le schéma1 suivant illustre succinctement les étapes d’une démarche d’investigation :

Comme le défend J.-P. ASTOLFI, la prise en compte des représentations initiales constitue le point de départ du processus d’apprentissage. Les représentations initiales des élèves peuvent être bien loin de la réalité. En effet, ne pas en tenir compte, peut complexifier voire empêcher l’accès aux savoirs savants.

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D’après W. HARLEN (2012), les conceptions initiales peuvent provenir de stéréotypes relayés par la publicité et d’autres savoirs erronés que la société a coutume de transmettre. Pour que les élèves fassent évoluer leurs connaissances, ils doivent effectuer des tests en fonction de leurs propres conceptions.

Ainsi, par l’échec, ils se retrouveront face à un vide et seront dans une posture d’apprenant. Par conséquent, ils seront enclins à construire graduellement de nouveaux savoirs et atteindre des représentations d’experts, tout en comprenant le sens. De plus, les représentations élèves sur un même sujet sont souvent multiples et différentes les unes des autres. Leur partage est primordial et mène souvent à un conflit dit sociocognitif. La confrontation des premières conceptions mentales amène à la formulation d’un problème. Des hypothèses sont formulées par les élèves à partir de cette problématique. Elles sont ensuite triées, puisque comme le soulève J. BILLARD, elles ne sont pas toujours testables.

La démarche scientifique propose plusieurs approches dans la conception de l’investigation : - L’observation : il s’agit d’un réel exercice sensoriel pour les élèves, elle permet à la

fois de susciter le questionnement et apporter des réponses aux questions.

- La manipulation : moment au cours duquel les élèves manipulent, un objet par exemple.

- L'expérimentation : cette approche envisage la rédaction d’un protocole expérimental avec anticipation des résultats. La finalité de l’expérimentation est bien évidemment de mettre en oeuvre son protocole et tenter de vérifier ses hypothèses.

- La recherche documentaire : cet exercice est difficile puisqu’il fait appel à un certain nombre de savoir-faire notamment autour de la lecture-compréhension.

- La modélisation : ce processus consiste à réaliser une maquette réduite, une simulation proche du réel dans le but de comprendre son fonctionnement. Les élèves font donc le rapport entre la simulation et le réel.

W. HARLEN (2012) soutient que les capacités d’observation évoluent avec l’âge et le nombre d’expériences vécues. Les élèves passent progressivement d’observations des similarités et différences évidentes, aux détails importants et précis de l’environnement.

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J.-Y. CARIOU (2007) recense quant-à lui plusieurs approches expérimentales qui sont : - Faire des expériences ;

- Faire faire des expériences ; - Mener une investigation ;

- Faire vivre une démarche expérimentale.

Il catégorise ainsi les différentes expériences comme suit :

- De mise à l’épreuve : confirmation ou infirmation d’une hypothèse ;

- Pour voir : tester ou faire naître une idée plus précise ou mener à d’autres hypothèses ; - De détermination : quantifier ou qualifier.

“En classe, une expérience est réalisée soit dans une logique de recherche comme pour le

chercheur parce que les élèves veulent voir, pour savoir, soit dans une logique de transmission parce que l’enseignant veut faire voir, pour faire percevoir” (J.-Y. CARIOU, 2007). Dans le

cas de notre mémoire, nous abordons la démarche d’investigation, donc nous nous situons dans une logique de recherche par les élèves pour la démarche expérimentale. Lors d’une expérience par la production d’un modèle analogique, ce dernier risque de ne pas refléter la réalité. Il faut alors questionner les élèves sur les liens de logique de transposition au monde réel et remettre en question le bien fondé des dispositifs expérimentaux.

A l’issue de l’investigation et de l’analyse des résultats, peuvent être envisagés des retours éventuels vers les étapes antérieures. Ces allers-retours permettent aux élèves de comparer leurs conceptions initiales et les résultats obtenus. Cette nouvelle confrontation leur permet de valider ou non leurs hypothèses. De plus, elle est propice au développement de leur esprit critique. C’est à ce niveau de la démarche d’investigation que l’institutionnalisation des connaissances a lieu. En effet, cette phase précieuse permet aux apprenants de reconstruire et structurer leurs nouveaux savoirs scientifiques.

Cela nous amène donc à la question suivante, traitée dans la prochaine sous-partie : qu’est-ce qu’apprendre ?

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1.4. Qu'est-ce qu’apprendre ?

1.4.1. Les théories de l’apprentissage

Il existe 4 grands modèles d’apprentissage que nous allons succinctement définir ci-dessous.

Le modèle transmissif : aussi appelé modèle de l’empreinte, c’est la transmission d’une

information provenant d’un émetteur savant vers un récepteur ignorant. J. LOCKE, philosophe anglais du XVIIème siècle, est un des grands théoriciens de ce courant. On lui doit notamment l’expression latine “tabula rasa”, “table rase” en français, pour parler de l’esprit humain. Pour lui, tout savoir inné n’existe pas. L’élève est donc considéré comme un esprit vide qu’il faut remplir. On attend simplement de lui la mémorisation de l’information transmise.

Le modèle behavioriste : basé sur le conditionnement, le modèle behavioriste vise à modeler

le comportement des apprenants. L’apprentissage est ainsi fait d’étapes répétitives et successives qui résultent du mécanisme de réponses réflexes de l’apprenant face aux stimulis envoyés par l’enseignant. C’est cet apprentissage par essais-erreurs qui va permettre progressivement l’adoption de l’attitude recherchée. Ce constat vient de B.-F. SKINNER, penseur influent du behaviorisme, qui a mis en évidence les mécanismes de conditionnement lors de son expérience “La boîte de Skinner” au début des années 1930. Grâce à ce dispositif expérimental qui visait à façonner le comportement d’un rongeur via des stimulis, punitions et récompenses, B.-F. SKINNER a pu mettre en évidence que nos actions sont conditionnées par notre environnement. De ce fait, en agissant sur cet environnement, on agit également indirectement sur le comportement. L’objectif du modèle behavioriste n’est pas de tout comprendre mais plutôt de réussir à faire.

Le modèle constructiviste : le constructivisme s’appuie sur le développement biologique des

individus. En effet, les travaux de J. PIAGET, l’acquisition des connaissances se fait en fonction du stade de développement sociocognitif où se situe l’enfant.

Au total, il définit 4 stades :

- Le stade sensorimoteur, de la naissance jusqu’à 2 ans : le bébé explore le monde qui l’entoure en utilisant ses sens et sa motricité.

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- Le stade préopératoire, de 2 à 6 ans : cette étape est marquée par l’apparition du langage. C’est également à ce moment-là que l’enfant développe l'imitation et commence à se faire ses propres représentations.

- Le stade opératoire concret, de 7 à 12 ans : l’enfant raisonne très concrètement, interagit avec les autres, se sociabilise.

- Le stade opératoire formel, à partir de 12 ans : l’enfant continue de raisonner mais sur des sujets plus abstraits. Il peut émettre des hypothèses, se projeter, déduire. Il est davantage dans la réflexion.

A ces différentes étapes, l’enfant se trouve dans un certain équilibre entre son environnement et ses propres capacités. Lorsqu’il va rencontrer un nouveau savoir, un déséquilibre se crée. C’est le fameux conflit sociocognitif. L’enfant doit alors remettre en question ses représentations initiales afin d’assimiler la nouveauté et ainsi retrouver son équilibre. C’est donc l’enfant lui-même qui construit son savoir.

Le modèle socioconstructiviste : le modèle socioconstructiviste, comme son nom l’indique,

complète la théorie constructiviste. La figure de ce courant, le pédagogue et psychologue soviétique L. VYGOTSKI, définit l’apprentissage comme un procédé collectif plutôt que comme un processus individuel. En effet, selon lui, le constructivisme trouve ses limites lorsque l’élève ne peut se sortir seul d’une situation-problème, d’où l’importance de l’interaction sociale :

- Les activités réalisées en groupe favorisent les échanges, imitations, débats et remises en question, ce qui permet de faire progresser ;

- La médiation par l’adulte permet d’apporter une aide experte pour surmonter la difficulté rencontrée.

L. VYGOTSKI donne un nom à ce concept : la Zone Proximale de Développement (ZPD). Il s’agit tout simplement de ce que l’élève maîtrise lorsqu’une aide adaptée lui est apportée. En d’autres termes, c’est collaborer pour pouvoir faire seul.

Dans le cadre de notre mémoire, la théorie de l’apprentissage qui se rapproche le plus de la démarche d’investigation est le modèle socioconstructiviste. Encore faut-il que l’élève soit réceptif à l’apprentissage proposé.

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1.4.2. Le rôle de l’élève

« La compréhension est quelque chose qui ne se transmet pas et qui ne peut s’opérer que moyennant la participation centrale de l’apprenant. » (J.-P. ASTOLFI, 1998). L’élève a un

rôle primordial dans l’apprentissage de ses savoirs. Ce rôle est à mettre en perspective avec le stade de développement de l’enfant. Voici ci-dessous le tableau2 résumé des différents stades qui nous concernent (A. FLORIN, 2003) :

Âge Social et affectif Cognitif Langage

4-5 ans

Comprend l’état mental d’autrui.

Joue à des jeux de compétition. Stabilité du genre. Est attentif à sa performance, capable de classification et de sériation.

Produit des demandes indirectes et des justifications. Comprend le comparatif, l'identité et la différence. 5-6 ans Sait se contrôler. Choisit ses amis. Négocie avec l’adulte.

Début de la conservation (comprend que la grandeur d'une collection d'éléments reste la même quelle que soit la manière dont elle est

présentée). Dessine un bonhomme,

écrit son prénom.

Produit des énoncés de 5-6 mots, répond au

téléphone. Début de lecture logographique. Identifie

des rimes, comprend environ 2500 mots. 7-11 ans Identité de genre. Ségrégation sexuelle. Différencie réel et virtuel. Opérations concrètes. Logique du nombre. Morale préconventionnelle : les conséquences des actions,

en déterminent la valeur morale.

Utilise la forme passive, produit des inférences,

apprend à lire. Comprend les sarcasmes et les métaphores. Et après... Évolution de l’estime de soi. Relations amoureuses, puis de couple. Évolution des relations

Pensée hypothético-déductive, morale conventionnelle, capacité à

se référer à des principes généraux plutôt qu'à des

Poursuite du développement lexical

et sémantique (vocabulaire technique) en compréhension et en

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parents/enfants et des rôles sociaux. Orientation scolaire et

choix professionnels.

opinions particulières, relativisme des jugements.

production, développement de la production écrite, de la lecture-compréhension, des capacités argumentatives.

D’un point de vue psychoaffectif, l’enfant est dans la période de latence entre 7 et 12 ans.

[Elle] est apaisée des conflits et permet à l’enfant d’élargir son champ relationnel en direction de l’école et de ses amis. La vie affective, jusqu’alors sur le devant de la scène, laisse la place à l’investissement intellectuel et aux apprentissages. L’enfant accède à la sublimation, qui lui permet l’investissement dans le sport, les jeux, les apprentissages, les collections, etc. Du point de vue cognitif, ce stade coïncide avec le début du stade des opérations concrètes dans le modèle piagétien. Elle est appelée « latence », car elle représente une pause dans le développement psychoaffectif de l’enfant. C’est cette pause qui permet le déploiement intellectuel et l’intégration des règles du groupe grâce à une socialisation élargie. C’est le temps des jeux collectifs, de la pratique de sports, des apprentissages et d’une curiosité intellectuelle poussée dans certains domaines, qui peuvent être entrevues comme des tentatives de compréhension et de mise en ordre du monde. (A. GUERNALEC, 2016).

1.4.3. Le rôle de l’enseignant

L’enseignant a pour rôle d’accompagner les élèves dans leurs apprentissages. Il est le médiateur entre les élèves et le savoir. De ce fait, il les écoute, les sollicite, régule et distribue la parole, incite à préciser, à reformuler et à argumenter, de sorte qu’ils soient moteur de leurs apprentissages. L’enseignant doit également constamment s’interroger sur ses propres dispositifs afin de “créer les conditions d’une réelle activité intellectuelle des élèves” (PRESTE, 2000). Il doit rendre les apprentissages signifiants, c’est-à-dire que les savoirs enseignés doivent être porteurs de sens et touchés de près les préoccupations des apprenants.

Les études fraîchement menées par les neurosciences, et notamment par le neuroscientifique S. DEHANE, laissent apparaître 4 piliers de l’apprentissage que l’enseignant doit prendre en compte : l’attention, l’engagement actif des élèves, le retour d’information et la consolidation.

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Bien qu’ils restent à prouver, ces piliers sont en lien avec la démarche d’investigation.

Pilier 1 L’attention

Premièrement, vient l’attention. Il est question de captiver l’attention des élèves vers le bon niveau. Les concentrer sur une information, puisque nous ne pouvons réaliser deux tâches simultanément.

Selon J.-P. LACHAUX (2020), les automatismes permettent de décharger cognitivement les élèves pour augmenter leur attention. Se concentrer c’est réaliser une action motrice en fonction de la perception. Il faut donc apprendre aux élèves à choisir la bonne cible et se connecter activement à celle-ci. Avoir une intention claire permet d’orienter volontairement son attention. Un élève est capable d’avoir une attention très longue, c’est la motivation qui maintient son attention. Il faut pouvoir jouer sur le circuit de la récompense, un vecteur de motivation pour les élèves.

Pilier 2 L’engagement

Le deuxième pilier est l’engagement actif de l’élève. Cela signifie que l’élève doit être enrôlé et mobilisé dans la tâche. Il sollicite sa curiosité et se pose des questions. Lors d’une démarche d'investigation, cela se traduit par le questionnement des élèves pour émettre des hypothèses.

Pilier 3 Le retour d’information

Puis, vient le retour d’information. Il faut laisser une place à l’erreur, qui représente un véritable support de la construction du savoir. C’est en faisant des erreurs que nous apprenons. Par ailleurs, la démarche d’investigation permet un tel épanouissement en mettant en avant les représentations élèves, qu’elles soient bonnes ou fausses.

Pilier 4 La consolidation

Enfin, le dernier élément est la consolidation. il s’agit de réactiver les connaissances, les réinvestir dans d’autres contextes.

D’autre part, en ce qui concerne la mémorisation, chaque élève ne retient pas de la même manière selon les modalités d’apprentissage. En ce sens, E. DALE a créé le cône de l’apprentissage sous forme pyramidale, la pyramide de mémorisation :

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Comme le témoigne le schéma ci-dessus, il existe différents types de mémoire chez l’apprenant : la mémoire auditive, visuelle et kinesthésique ou sensorielle. L’engagement cognitif et social importe, de même que le sens donné aux apprentissages pour les élèves. D’un autre côté, la chercheuse M. CHI a défini le nouveau modèle Interactif, Constructif, Actif, Passif (ICAP), pour classifier les modes d’engagement cognitif des élèves lors de situations d’apprentissage. Les modes d’engagement cognitif sont classés du plus au moins efficace, c’est-à-dire d’un apprentissage en profondeur vers un apprentissage en surface.

Voici la présentation des quatre modes :

- Passif : les élèves sont à l’écoute et inactifs ; - Actif : les élèves sont actifs et manipulent ;

- Constructif : les élèves dépassent la simple manipulation, degré de compréhension ; - Interactif : les élèves collaborent et dialoguent par des échanges en groupes réduits. Ils

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2 EXPÉRIMENTATION PÉDAGOGIQUE

Notre mémoire s’articule autour de la problématique suivante : en quoi la démarche d’investigation favorise-t-elle les apprentissages en sciences ?

Il apparaît alors deux hypothèses. D’une part, nous mettant en avant que la démarche d’investigation est plus efficace dans la construction des savoirs que la démarche expositive puisqu’elle place les apprenants au coeur des apprentissages, leur laissant ainsi l’occasion de se questionner et de vérifier leurs conceptions initiales. D’autre part, parmi les démarches d’investigation existantes, la démarche expérimentale permet une meilleure acquisition du savoir que les autres démarches scientifiques.

Selon Frédéric TUPIN, un enseignant doit sans cesse contextualiser. Cela demande une étude approfondie de tous les éléments qui interfèrent dans le triptyque enseignant - élève - apprentissage. Pour ces raisons, nous procéderons dans un premier temps à une présentation contextualisée à la fois des enseignants et des élèves, puis nous analyserons les expériences mises en place ainsi que les résultats obtenus.

2.1. Le contexte

2.1.1. Présentation des enseignants

2.1.1.1. Florence

A l’issue de ma formation au sein de l’École de Gestion et Commerce en 2016, j’ai eu l’opportunité de travailler au sein d’une agence de voyage réceptive en tant qu’organisatrice de voyage. Après trois belles années d’expérience, j’ai décidé de sauter le pas en suivant la formation M1 MEEF. J’ai toujours eu un attrait pour l'enseignement, mais jeune diplômée, j’ai préféré connaître en amont le milieu professionnel avant de m’y consacrer pleinement.

Les stages effectués lors de la première année de master n’ont fait que confirmer mon choix de reconversion professionnelle. C’est enthousiaste que je fais mes premiers pas dans le domaine du professorat. En ce qui concerne l’enseignement des sciences, le master m’a réellement ouvert les yeux : les sciences, c’est expérimenter, investiguer, modéliser et manipuler. Durant mon

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enfance, je n’ai pas eu l’impression d’avoir vécu des démarches d’investigation. C’est pourquoi l’année dernière, j’ai choisi comme option au concours, les sciences, et plus précisément la transformation du lait au yaourt. De par ce choix, j’ai d’ores et déjà un bagage de connaissances notamment didactiques de l’enseignement des sciences.

2.1.1.2. Marine

Après un Master en Marketing et Publicité et deux années passées à exercer le métier de chef de projet en agence de communication, j’ai ressenti le besoin de me tourner vers une activité professionnelle qui faisait sens pour moi. J’ai toujours vu l’enseignement comme un objectif, même lorsque j’envisageais une carrière dans la publicité puisque mon but était de cumuler assez d’expérience pour devenir, plus tard, formatrice en marketing et communication.

Pour ce qui est des sciences, j’ai un parcours qui en est plutôt éloigné. Pourtant, d’aussi loin que je me souvienne, cette matière a toujours été ma préférée. C’est pourquoi, lorsque j’ai eu à choisir pour le CRPE, je me suis naturellement tournée vers l’option sciences. Comme Florence, j’ai découvert une toute autre façon d’enseigner cette discipline, une pédagogie que je n’avais pas rencontrée jusqu’alors, ni en tant qu'élève et encore moins en tant qu’enseignante. Depuis que j’ai la chance de pouvoir enseigner à mon tour, je m'efforce de mettre en place la démarche d’investigation autant que possible dans ma classe, comme préconisé par les programmes. Cependant, quelques doutes et questionnements subsistent encore quant à son efficacité réelle, sa mise en place, ou encore la structure de la démarche en elle-même.

2.1.1.3. Frédéric

J’ai 34 ans, je suis en reconversion professionnelle après avoir acquis 7 ans d’expérience en tant que consultant en recrutement et ingénieur commercial. J’ai suivi un parcours supérieur en école de commerce dans le domaine du commerce international et du marketing de services jusqu’au niveau de master. J’ai beaucoup voyagé. Je suis sociable, réfléchi.

Je n’ai pas suivi de M1 MEEF et j’ai choisi l’option EMC pour le CRPE, si bien que je ne disposais malheureusement que d’un vernis en enseignement des sciences et en démarche d’investigation avant d’entrer en M2 PES. Je suis néanmoins curieux et toujours prêt à prendre des initiatives pour me sortir de ma zone de confort. J’aime expérimenter, découvrir, analyser

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et apprendre par moi-même. Mes représentations initiales sur l’enseignement des sciences étaient floues car mes connaissances didactiques étaient approximatives. D’autre part, cela me semblait compliqué de mettre en oeuvre des expériences en classe. Enfin, je pensais que la démarche d’investigation se pratiquait exclusivement en sciences et en mathématiques.

2.1.2. Présentation des écoles et classes

Nous enseignons en école élémentaire, mais pour des niveaux différents : CE1, CE2 et CM1.

2.1.2.1. Une classe de CM1 dans le chef-lieu

Pour cette année scolaire 2019-2020, j’enseigne dans une charmante école située en plein coeur du centre-ville de Saint-Denis. De par sa localisation, le contexte familial et culturel diffère de ceux de mes collègues, Frédéric et Marine. En effet, 70 % des parents d’élèves sont actifs, dont 40 % de CSP+. L’école est composée de 9 classes et accueille des élèves du CP au CM2. Ma classe de CM1 est composée de 26 élèves dont 3 dyslexiques pour qui un plan d'accueil personnalisé a été mis en place. Au regard des livrets scolaires uniques et des évaluations effectuées, le niveau reste hétérogène. En général, les élèves sont plus ou moins à l’aise dans les apprentissages. Du point de vue de l’équipe de suivi, le climat de classe est propice aux apprentissages et les élèves sont participatifs. Cependant, il y a de grandes différences entre les élèves. En effet, certains d’entre eux demandent plus d’accompagnement et d’étayage en classe, tandis que d’autres sont déjà bien avancés. Enfin, quelques élèves, bien que cela reste minoritaire, ne parviennent pas à se canaliser, se laissent facilement distraire, ce qui réduit considérablement leur concentration.

2.1.2.2. Une classe de CE1 en zone périurbaine

Mon école est située aux alentours de la ville de Sainte-Marie. Il s’agit d’une école élémentaire qui n’est pas considérée comme faisant partie du réseau d’éducation prioritaire. Au total, ce sont 14 classes qui la composent dont une ULIS. Le niveau des élèves de l’école est globalement satisfaisant. Cette année, j’enseigne à une classe de CE1 de 27 élèves. Elle est composée de 7 élèves en difficulté dont 3 non-lecteurs. Dans l’ensemble, mes élèves sont dynamiques et participatifs ce qui donne un climat de classe propice aux apprentissages mais également un

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2.1.2.3. Une classe de CE2 en Réseau d'Éducation Prioritaire

Je suis dans une école élémentaire en REP, composée de 20 classes, dont 3 en CE2. L’école dispose de peu de moyens et d’espaces communs extérieurs et intérieurs. Le quartier est prioritaire, situé dans un paysage urbain de forte densité de population. Cette dernière est multiculturelle, mais à dominante créole et mahoraise. Le niveau global des élèves de l’école nous situe dans le quatrième quartile des écoles réunionnaises d’après les résultats des évaluations nationales. Ma classe de CE2 est “bruyante” selon mes collègues et visiteurs. Les évaluations diagnostiques de début d’année en français et mathématiques ont révélé un niveau général faible et hétérogène. Elle compte 21 élèves dont quelques perturbateurs qui posent des problèmes de comportement et affectent le climat de classe. Néanmoins, une nette amélioration s’est faite ressentir depuis le début de l’année scolaire et nous pouvons dorénavant entrer sereinement dans les apprentissages.

2.1.3. Nos sujets d’études

Nous avons décidé de procéder à une démarche inductive avec une méthode qualitative pour notre MRP. En effet, nous souhaitons analyser ce qui est signifiant dans nos classes en entremêlant différentes pratiques professionnelles, en observant un panel varié d’élèves le plus représentatif possible de chaque classe, puis en comparant pour en tirer des conclusions. Nos sujets d’études sont donc nos élèves, avec leur comportement et leurs productions, et toutes les limites que cela implique en terme de contextualisation pour conceptualiser.

2.1.3.1. CM1 de Florence

Notre étude prend en compte l’ensemble de l’effectif de nos classes. Néanmoins, nous avons choisi un panel d’élèves en balayant les différents profils possibles. Vous trouverez ci-dessous différents profils élèves de la classe de CM1, nommés en fonction de leurs initiales :

L.G. Dyslexique bénéficiant d’un plan d'accueil spécialisé (PAP), dont les conséquences des troubles sont : fatigabilité à la lecture, difficultés orthographiques et de réalisation du geste graphique. C’est un élève qui a énormément de difficulté à entrer dans les apprentissages dès lors qu’il y a de l’écrit et de la lecture. Il est sensible aux

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mathématiques et aux sciences. Son niveau général reste assez faible.

B.G. Élève participatif, volontaire, qui entre à son rythme dans les apprentissages et qui a besoin d’étayage supplémentaire. Le niveau général est moyen et représente 25 % des élèves.

Y.S. Dyslexique bénéficiant d’un PAP, dont les conséquences des troubles sont : fatigabilité à la lecture, difficultés d’élaboration du langage écrit, difficultés orthographiques. Il s’agit d’un élève très curieux, participatif à l’oral et d’un bon niveau qui, cependant, se démotive rapidement lorsque le travail proposé en appelle à la lecture et à l’écriture. Cela affecte son comportement puisqu'il ressent le besoin de bouger, d’avoir des objets en main (bien souvent, cela se manifeste par le vidage de trousse, etc.), ce qui devient perturbant pour l’ensemble de la classe.

R.D. Élève de bon niveau, participatif, curieux et volontaire en tout point qui a cependant des difficultés à se canaliser : besoin constant de bouger, de taquiner, de bavarder et de s’affirmer par rapport aux autres. Il est devenu un élément perturbateur de la classe, et même de l’école de par les plaintes de plusieurs parents d’élèves et des enfants de l’école.

Z.P. Élève très scolaire, assez timide en classe et d’un bon niveau dont le profil correspond à 15% de l’effectif de la classe.

M.P. Élève très scolaire, participative et d’un bon niveau dont le profil correspond à 25% de l’effectif de la classe.

C.W. C’est une élève réfléchie, brillante, faisant constamment preuve de raisonnement et de questionnement dans le but d’en apprendre toujours plus. Élève demandeuse et très à l’aise dans les apprentissages. Son niveau général est très bon et reflète le profil de 20% des élèves de la classe.

L.S. C’est un élève rapide en classe, d’un très bon niveau, mais très sensible aux réflexions et corrections de l’enseignante lorsqu’il y a une erreur. Bien souvent, cela se manifeste par des pleurs.

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2.1.3.2. CE1 de Marine

D.B. Non-lecteur, non-scripteur. Très grosses difficultés en français. A du mal à s’exprimer à l’oral et à organiser ses propos de façon claire. Très bon en maths et notamment en calculs. Meilleur de la classe en calcul mental. Parents qui semblent éloignés du système scolaire. Mise en place d’un PPRE et signalement RASED. S.D. Non-lecteur, non-scripteur. Problèmes de motricité fine. Élève conscient de ses

difficultés mais qui a tendance à en profiter sans chercher à se dépasser. Elève malgré tout volontaire et qui participe de bon gré. Très bonne mémoire. Voit un orthophoniste, mise en place d’un PPRE et demande d’aide au RASED.

L.D. Élève en difficulté en maths et en français. Discrète, participe peu et demande peu d’aide. Issue d’une famille qui semble éloignée du système scolaire.

K.R. Élève en difficulté dans les apprentissages dû à son comportement. A les capacités pour y arriver mais n’a pas envie. Elève “instable” qui se démotive très vite. Joueur et perturbateur.

M.A. Elève moyenne +, motivée, consciencieuse, scolaire et discrète. Participe peu. S.E. Bonne élève, comprend vite, très autonome comparée à ses camarades mais très

bavarde et peut être perturbatrice lorsqu’un sujet ne l’intéresse pas.

G.A. Bon élève, volontaire, participatif, très curieux. Dispose d’un culture scientifique impressionnante pour son âge.

E.R. Très bon élève, participatif, réactif, assimile très vite. Mais se désintéresse rapidement d’une tâche lorsqu’il ne l’estime pas intéressante. Soupçon EHP. Mise en place d’un PPRE et signalement au RASED.

2.1.3.3. CE2 de Frédéric

N.A. Redoublant ; meilleur lecteur de la classe (test Fluence) ; présente des problèmes de confiance en lui ce qui implique un faible niveau de motivation, de mise en activité

(25)

et de participation orale ; grandes difficultés en mathématiques ; PPRE.

S.A. Volontaire et active ; mais lente à l’écrit et en lecture (très faible lectrice test Fluence) ; soupçonnée de TDAH ; PPRE et RASED.

D.A. Volontaire et actif ; mais en difficulté dans les apprentissages à l’écrit et en mathématiques ; PPRE et RASED.

D.E. En difficulté dans les apprentissages à l’écrit et en mathématiques ; volontaire dans les activités orales et très habile dans les activités manuelles et les jeux ; PPRE. Y.A. De niveau moyen, forte appétence pour les sciences et plus particulièrement pour le

monde du vivant.

D.Y. Très bonne maîtrise en mathématiques. Élève consciencieux et faisant partie des meilleurs élèves de la classe, mais qui présente un léger manque de confiance en lui qui se traduit par une faible participation orale intrinsèque.

T.A. Très bonne élève, très rapide, soignée, très bonne expression dans tous les langages ; mais qui n’ose pas agir dans l’incertitude par peur de l’erreur, donc qui sollicite fréquemment l’aide du professeur et manque d’autonomie ; présente des problèmes de comportement, élément perturbateur ; RASED.

I.K. Très bon élève, rapide, très actif à l’oral, élément moteur au sein d’un groupe et qui fait montre d’un esprit critique développé.

2.1.4. Notre constat

2.1.4.1. Entretiens exploratoires de collègues

Notre panel de collègues est varié au niveau de l’expérience. En effet, nous avons des jeunes professeurs, des professeurs plus expérimentés, mais également deux professeurs des écoles maîtres formateurs. La grande majorité des collègues interrogés utilisent la démarche d’investigation en sciences principalement et environ la moitié l’utilise fréquemment pour les sciences. De plus, ils l’utilisent également ponctuellement pour certains dans d’autres domaines tels que la géométrie et la résolution de problème en mathématiques, en géographie, en lecture

(26)

En revanche il est à noter que certains n’enseignent pas (échange de service) ou peu les sciences via la démarche d’investigation. D’autre part, ils estiment que le recours à la démarche d’investigation apporte un meilleur niveau d’intérêt, de motivation et de compréhension de la part des élèves.

Entretiens exploratoires des élèves

Afin de favoriser une certaine équité, nous avons oeuvré à ce que les conditions de passage des entretiens exploratoires soient sensiblement les mêmes pour nous trois :

- Une liste de questions a été préalablement co-rédigée : ces questions devaient obligatoirement être posées à chacun de nos élèves-sujets. Cependant, nous nous sommes autorisés à poser d’autres questions au cas par cas lorsque l’on sentait cela nécessaire pour aller plus loin dans le recueil d’informations.

- Entretiens duels oraux : chaque élève interrogé a été pris en aparté par le professeur pendant que le reste de la classe travaillait en autonomie. Tous les entretiens se sont passés exclusivement à l’oral.

- Les moyens de recueil d’informations : la prise de notes, l’enregistrement vocal et l’enregistrement vidéo étaient autorisés à condition que la restitution finale écrite soit la plus fidèle possible.

Après analyse des entretiens exploratoires des trois classes (vous trouverez en annexe les transcriptions), nous constatons que nos élèves ont une préférence pour les activités à caractère manuel et manipulatoire. Parmi les exemples cités par les élèves, nous retrouvons les activités expérimentales liées aux sciences, les activités dépourvues d’écrits telles que les arts plastiques et la musique. Les élèves sont également sensibles aux activités ludiques, sous forme de jeux et d’ateliers, mais aussi aux possibles récompenses mises en jeu. Enfin, nous nous apercevons que les élèves ont tendance à apprécier les disciplines où ils se sentent “forts”.

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2.1.4.2. Entretiens exploratoires des élèves

Afin de favoriser une certaine équité, nous avons oeuvré à ce que les conditions de passage des entretiens exploratoires soient sensiblement les mêmes pour nous trois :

- Une liste de questions a été préalablement co-rédigée : ces questions devaient obligatoirement être posées à chacun de nos élèves-sujets. Cependant, nous nous sommes autorisés à poser d’autres questions au cas par cas lorsque l’on sentait cela nécessaire pour aller plus loin dans le recueil d’informations.

- Entretiens duels oraux : chaque élève interrogé a été pris en aparté par le professeur pendant que le reste de la classe travaillait en autonomie. Tous les entretiens se sont passés exclusivement à l’oral.

- Les moyens de recueil d’informations : la prise de notes, l’enregistrement vocal et l’enregistrement vidéo étaient autorisés à condition que la restitution finale écrite soit la plus fidèle possible.

Après analyse des entretiens exploratoires des trois classes (vous trouverez en annexe les transcriptions), nous constatons que nos élèves ont une préférence pour les activités à caractère manuel et manipulatoire. Parmi les exemples cités par les élèves, nous retrouvons les activités expérimentales liées aux sciences, les activités dépourvues d’écrits telles que les arts plastiques et la musique. Les élèves sont également sensibles aux activités ludiques, sous forme de jeux et d’ateliers, mais aussi aux possibles récompenses mises en jeu. Enfin, nous nous apercevons que les élèves ont tendance à apprécier les disciplines où ils se sentent “forts”.

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2.1.5 Rappel des hypothèses qui en ont découlées

Suite à nos recherches documentaires et aux divers entretiens réalisés, voici les deux grandes hypothèses qui s’en dégagent :

Première hypothèse : la démarche d’investigation est plus efficace dans la construction des

savoirs que la démarche transmissive puisqu’elle place les apprenants au coeur des apprentissages, leur laissant ainsi l’occasion de se questionner et de vérifier par eux-mêmes leurs conceptions initiales.

Deuxième hypothèse : parmi les démarches d’investigation existantes, la démarche

expérimentale permet une meilleure acquisition du savoir.

2.2. Présentation des “expériences”

2.2.1. Séquences mises en place

2.2.1.1. Les sciences au CM1

Dans la classe de CM1, trois séquences pédagogiques ont été mises en place, en alternant les démarches pédagogiques. Vous trouverez en annexe les fiches de préparation détaillées et quelques productions d’élèves.

Première séquence : “Mélanges et solutions”, démarche expérimentale.

Cette première séquence s’est déroulée en période 1 et met en oeuvre une démarche expérimentale. Au cours de cette séquence, les élèves se questionnent sur les mélanges, émettent des hypothèses et tentent de les vérifier en mettant en application leurs propres protocoles expérimentaux.

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Voici la présentation générale de la séquence :

Compétences visées au cours de la séquence (BOEN 26.11.2015 & 26.07.2018) Domaine - La matière

Attendus de fin cycle

- Décrire les états et la constitution de la matière à l’échelle macroscopique.

Connaissances et compétences

associées

- Identifier à partir de ressources documentaires les différents constituants d’un mélange.

- Mettre en œuvre un protocole de séparation de constituants d’un mélange : réaliser un mélange peut provoquer des transformations de la matière (dissolution, réaction).

Titre de la séance Objectifs scientifiques Objectifs méthodologiques Séance 1 (45 minutes)

Quel mélange !

Évaluation diagnostique. Définir ce qu’est qu’un

mélange.

Susciter la curiosité des élèves par une situation

déclenchante. Recueil des représentations

initiales sur les mélanges.

Séance 2 (60 minutes)

Est-ce que tous les liquides se mélangent ?

Savoir ce que c’est qu’un mélange miscible, non-miscible,

hétérogène et homogène.

Problématiser et émettre des hypothèses. Tester ses hypothèses, expérimenter.

Interpréter les résultats et conclure.

Est-ce que tous les solides se mélangent parfaitement à l’eau ?

Savoir ce que c’est qu’un mélange soluble et insoluble.

Émettre des hypothèses. Tester ses hypothèses, expérimenter. Interpréter les

résultats et conclure.

Peut-on dissoudre autant de sel que l’on

veut dans un verre d’eau ?

Comprendre et expliquer la notion de saturation.

Émettre des hypothèses. Mener et suivre des expériences simples en

suivant un protocole. Observer et conclure.

(30)

Comment récupérer le sel dissous dans l’eau ?

Mettre en place un protocole expérimental.

Émettre des hypothèses. Élaborer un protocole expérimental, le schématiser

afin de répondre à un problématique.

Testons nos hypothèses

Mettre en œuvre son protocole expérimental.

Tester ses hypothèses en mettant en œuvre son protocole expérimental. Observer, interpréter et conclure. Séance 7 (50 minutes) Apport scientifique Comprendre la notion d’évaporation. Dresser le bilan de l’expérience précédente, structurer les connaissances.

Évaluation sommative

Vérifier les connaissances acquises.

Mobiliser et réinvestir ses connaissances.

Deuxième séquence : “La reproduction et le développement des êtres vivants”, suivant à la fois la démarche déductive, expositive et d’argumentation.

Cette deuxième séquence s’est déroulée en période 2 et se base essentiellement sur l’étude de documents fournis par l’enseignant. Au cours de cette séquence, les élèves découvrent divers documents, dans lesquels ils doivent chercher des éléments de réponse afin de répondre aux questions posées. Contrairement à la séquence précédente, cette séquence autour du vivant ne propose aucune expérimentation.

Compétences visées au cours de la séquence (BOEN 26.11.2015 & 26.07.2018)

Domaine - Le vivant, sa diversité et les fonctions qui le caractérisent Attendus de fin

cycle

- Décrire comment les êtres vivants se développent et deviennent aptes à se reproduire.

(31)

associées

- Identifier et caractériser les modifications subies par un organisme vivant au cours de sa vie :

- Modifications de l’organisation et du fonctionnement d’une plante ou d’un animal au cours du temps, en lien avec sa nutrition et sa reproduction.

- Stade de développement (graines – germination – fleur – pollinisation, œuf – fœtus – bébé – jeune – adulte). - Rôle respectif des deux sexes dans la reproduction.

Quel est le devenir de la fleur ?

Évaluation diagnostique. Définir l’organisation d’une fleur (pétale, étamine, sépale,

pistil, ovule). Identifier les stades de développement

(graine – fleur – fruit).

Susciter la curiosité des élèves. Observer des photos.

Se questionner.

Comment se forment les fruits ?

Identifier les stades de développement du fruit (pollinisation – formation du

fruit).

Analyser des résultats d’expériences fournis pour

répondre à une question.

Naissance et soins aux petits !

Différencier et expliquer ce que c’est que des animaux ovipares

et vivipares.

Étudier différentes naissances d’animaux, ainsi que leur

croissance.

Relever des informations dans un document fournis et les transcrire dans un tableau.

Quel est le rôle du mâle dans la reproduction ?

Identifier les stades de développement (œuf – embryon – jeune). Décrire et identifier le rôle respectif des deux sexes dans la

reproduction.

Se questionner. Analyser des résultats d’expériences fournis pour

répondre à une question.

(32)

Troisième séquence : “Le volcanisme”, démarche d'investigation par modélisation.

Cette troisième séquence a été mise en pratique au cours de la période 3. Elle propose une investigation scientifique par modélisation. En effet, au cours de cette séquence, les élèves ont eu l'occasion de modéliser la formation du cône volcanique, et une éruption volcanique. Pour cette séquence autour du volcanisme, modéliser permet d’acquérir une représentation cohérente du monde, de favoriser l’observation et l’étude d’un phénomène précis, et de répondre à une question dont la réponse n’est pas évidente.

Domaine - La planète Terre. Les êtres vivants dans leur environnement. Attendus de fin

cycle

- Situer la Terre dans le système solaire et caractériser les conditions de la vie terrestre.

associées

- Relier certains phénomènes naturels (tempêtes, inondation, tremblements de terre) à des risques pour les populations :

- Phénomènes géologiques traduisant l’activité interne de la Terre (volcanisme, tremblement de terre, etc.).

Qu'est-ce qu’un volcan ?

Évaluation diagnostique. Découvrir les volcans, les métiers associés, ainsi que les

dangers du volcanisme.

Susciter la curiosité des élèves. Formuler la

problématique.

Comment se forme un volcan ?

Comprendre l’origine du cône volcanique (accumulation de

matériaux émis lors des éruptions).

Représentations initiales. Questionnement et émission

d’hypothèses.

Modéliser la formation d’un volcan en suivant un protocole. Faire le lien entre la

(33)

Comment un volcan entre-il en éruption ?

Comprendre que la pression des gaz est le moteur principal d’une éruption volcanique.

Questionnement et émission d’hypothèses.

Modéliser une éruption volcanique en suivant un protocole. Faire le lien entre la

modélisation et le réel. Répondre à la problématique.

Quelles sont les différentes éruptions

volcaniques ?

Distinguer volcan effusif et explosif.

Observer et décrire deux sortes d’éruptions volcaniques. Prélever des

informations dans des documents.

2.2.1.2. Les sciences au CE1

Première séquence : “La nature des choses”, démarche principalement transmissive.

Cette première séquence a été mise en place en période 1. A chaque séance, le professeur invite les élèves à manipuler sous forme de classement selon des critères donnés afin de caractériser ce qui est animal, végétal, minéral ou fabriqué par l’homme.

Domaine - Questionner le monde du vivant. Attendus de fin

cycle

- Connaître des caractéristiques du monde vivant, ses interactions, sa diversité.

associées

- Caractériser le vivant.

- Identifier ce qui est animal, végétal, minéral ou élaboré par des êtres vivants.

(34)

Vivant ou non-vivant ?

Distinguer le vivant animal du non-vivant.

Distinguer les éléments minéraux des objets fabriqués

par l’homme.

Classer des images à partir de critères de tris donnés.

Travailler en groupe.

Animal ou végétal ?

Distinguer la vie animale et la vie végétale pour définir le

vivant.

Classer des images à partir de critères de tris donnés.

Travailler en binôme.

Évaluation

Identifier ce qui est animal, végétal, minéral ou élaboré par

l’homme.

Deuxième séquence : “La germination des graines”, démarche d’investigation par expérimentation.

Cette deuxième séquence, toujours dans le domaine du vivant, a été réalisée en période 2. Contrairement à celle préalablement présentée, celle-ci suit toutes les étapes de la démarche expérimentale.

Domaine - Questionner le monde du vivant. Attendus de fin

cycle

associées

- Connaître quelques besoins vitaux des végétaux. - Développement d’animaux et de végétaux.

(35)

De quoi une graine a-t-elle besoin pour

germer ?

Se questionner sur les conditions de germination des

graines.

Émettre des hypothèses et en garder traces. Travailler en

groupe.

Comment mettre en évidence les conditions

de germination des graines ?

Rechercher les conditions de germination des graines.

Tester ses hypothèses. Établir un protocole expérimental.

Mettre en place des expériences : réaliser des semis. Observer. Travailler en

groupe.

Comment mettre en évidence les conditions

de germination des graines ?

Rechercher les conditions de germination des graines.

Interpréter les résultats d’une expérience et tirer des conclusions. Tester de nouvelles hypothèses. Établir

un protocole expérimental. Mettre en place des expériences : réaliser des semis. Observer. Travailler en

groupe.

La germination des graines

Déterminer les conditions de germination des graines et

ordonner les étapes de la germination.

Interpréter les résultats d’une expérience et tirer des conclusions. Structurer ses connaissances. Travailler en

binôme.

La graine

Nommer les différentes parties de la graine et faire le lien avec les étapes de la germination.

Émettre des hypothèses. Tester ses hypothèses. Établir

un protocole expérimental et le mettre en oeuvre : disséquer. Rechercher des

informations dans un document scientifique. Structurer ses connaissances.

Acquérir un vocabulaire précis. Travailler en binôme.

Connaître les conditions de germination des graines. Ordonner les étapes de la

(36)

germination.

Nommer les différentes parties des graines.

Troisième séquence : “Les chaînes alimentaires”, démarche d’investigation par observation et manipulation.

Cette troisième et dernière séquence a été mise en oeuvre lors de la période 3. Comme pour la séquence précédente, elle fait appel à la démarche d’investigation mais en passant cette fois par de l'observation et de la manipulation.

Domaine - Questionner le vivant. Attendus de fin

cycle

associées

- Connaître les régimes alimentaires de quelques animaux.

- Comprendre la notion de relations alimentaires entre les organismes vivants.

Qui mange qui ?

Découvrir la notion de chaîne alimentaire.

Émettre des hypothèses. Tester ces hypothèses.

Observer. Manipuler. Analyser les résultats de l’investigation. Structurer ses

connaissances. Travailler en groupe.

Comment construire une chaîne alimentaire ?

Identifier et reconstituer des chaînes alimentaires.

Émettre des hypothèses. Tester ces hypothèses.

Observer. Manipuler. Travailler en groupe.